化工学报 ›› 2021, Vol. 72 ›› Issue (S1): 146-152.DOI: 10.11949/0438-1157.20201616
收稿日期:
2020-11-10
修回日期:
2021-02-05
出版日期:
2021-06-20
发布日期:
2021-06-20
通讯作者:
李敏霞
作者简介:
李敏霞(1971—),女,博士,教授,基金资助:
LI Minxia(),ZHAN Haomiao,WANG Pai,LIU Xuetao,LI Yuhan,MA Yitai
Received:
2020-11-10
Revised:
2021-02-05
Online:
2021-06-20
Published:
2021-06-20
Contact:
LI Minxia
摘要:
在蒸发温度较低的工况下,CO2跨临界循环高低压差过大,运行效率下降。针对CO2跨临界循环特性,提出了一种带引射器和经济器的CO2跨临界制冷系统,通过引射器部分回收工质膨胀功减小能量损失,可增加制冷量;合理设计CO2压缩机和中间补气孔,采用经济器进行中间补气可减少系统压缩过程的能量损失。构建了热力学模型,研究表明该系统在较低蒸发温度工况下,相比于基础CO2跨临界制冷系统系统性能可提升40%左右,其中压缩机排气温度可降低40℃左右,有利于系统稳定运行。同时对准二级压缩过程中分段效率计算问题提出近似公式,在一定范围内相比于传统计算方式误差从5%降低至2%。
中图分类号:
李敏霞, 詹浩淼, 王派, 刘雪涛, 李昱翰, 马一太. 一种带引射器和经济器的CO2跨临界制冷系统[J]. 化工学报, 2021, 72(S1): 146-152.
LI Minxia, ZHAN Haomiao, WANG Pai, LIU Xuetao, LI Yuhan, MA Yitai. A CO2 transcritical refrigeration system with ejector and economizer[J]. CIESC Journal, 2021, 72(S1): 146-152.
1 | 武孟. 二氧化碳跨临界循环特性及系统控制研究[D]. 长沙: 中南大学, 2009. |
Wu M. Carbon dioxide transcritical cycle characteristics and system control research [D]. Changsha: Central South University, 2009. | |
2 | 邬志敏. 经济器螺杆制冷压缩机补气和排气孔口的确定[J]. 制冷学报, 1984, 5(2): 10-17. |
Wu Z M. Determination of the position of the intermediate charge and discharge ports in the screw refrigerating compressor with economizer [J]. Journal of Refrigeration, 1984, 5(2): 10-17. | |
3 | 马国远, 邵双全. 寒冷地区空调用热泵的研究[J]. 太阳能学报, 2002, 23(1): 17-21. |
Ma G Y, Shao S Q. Research on heat pump cycle for air conditioning in cold regions [J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2002, 23(1): 17-21. | |
4 | 赵会霞, 刘思光, 马国远, 等. 涡旋压缩机闪发器热泵系统的试验研究[J]. 太阳能学报, 2006, 27(4): 377-381. |
Zhao H X, Liu S G, Ma G Y, et al. Experimental study on heat pump system with scroll compressor flash-tank [J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2006, 27(4): 377-381. | |
5 | Ma G Y, Chai Q H, Jiang Y. Experimental investigation of air-source heat pump for cold regions [J]. International Journal of Refrigeration, 2003, 26(1): 12-18. |
6 | 柴沁虎, 马国远. 空气源热泵低温适应性研究的现状及进展[J]. 能源工程, 2002, (5): 25-31. |
Chai Q H, Ma G Y. State of knowledge and current challenges in the ASHP developed for the cold areas [J]. Energy Engineering, 2002, (5): 25-31. | |
7 | Zogg M. The swiss retrofit heat pump programme [C]// 7th International Energy Agency Conference on Heat Pumping Technologies. Beijing, 2002: 209-218. |
8 | 马国远, 彦启森. 涡旋压缩机经济器系统的性能分析[J]. 制冷学报, 2003, 24(3): 20-24. |
Ma G Y, Yan Q S. Thermodynamic bebavior of scroll compressor with economizer for heat pump [J]. Refrigeration Journal, 2003, 24(3): 20-24. | |
9 | 谢英柏, 孙刚磊, 刘春涛, 等. CO2跨临界双级压缩制冷循环的热力学分析[J]. 化工学报, 2008, 59(12): 2985-2989. |
Xie Y B, Sun G L, Liu C T, et al. Thermodynamic analysis of CO2 trans-critical two-stage compression refrigeration cycle [J]. Journal of Chemical Industry and Engineering (China), 2008, 59(12): 2985-2989. | |
10 | Lorentzen G. Revival of carbon dioxide as a refrigerant [J]. International Journal of Refrigeration, 1994, 17(5): 292-301. |
11 | 索科洛夫Е Я, 津格尔Н М. 喷射器[M]. 黄秋云, 译. 北京: 科学出版社, 1977. |
Sokolov E Я, Zenger H M. Ejector [M]. Huang Q Y, trans. Beijing: Science Press, 1977. | |
12 | 陆宏圻. 射流泵技术的理论及应用[M]. 北京: 水利电力出版社, 1989. |
Lu H Y. The Theory and Application of Jet Pump Technology [M]. Beijing: Water Power Press, 1989. | |
13 | 范晓伟. 新型压缩/喷射制冷循环的研究[D]. 西安: 西安交通大学, 1997. |
Fan X W. Research on a new type of compression/jet hybrid refrigeration cycle [D]. Xi'an: Xi'an Jiaotong University, 1997. | |
14 | 范晓伟, 阴建民, 陈钟颀. 一种二级压缩/喷射制冷循环[J]. 郑州纺织工学院学报, 1995, 6(4): 10-14+20. |
Fan X W, Yin J M, Chen Z Q. A kind of two-stage compression/ejection refrigeration cycle [J]. Journal of Zhengzhou Textile Institute, 1995, 6(4): 10-14+20. | |
15 | 范晓伟, 阴建民, 刘海峰, 等. 一种新型蒸气压缩/喷射混合制冷循环的探讨[J]. 西安交通大学学报, 1996, 30(5): 5-11. |
Fan X W, Yin J M, Liu H F, et al. Study on a new kind of vapor-compression/ejection hybrid refrigeration cycle [J]. Journal of Xi'an Jiaotong University, 1996, 30(5): 5-11. | |
16 | 吴江涛, 刘志刚, 郭航, 等. 新型蒸气压缩/喷射制冷循环的热力学分析[J]. 流体机械, 2000, 28(8): 47-49. |
Wu J T, Liu Z G, Guo H, et al. Thermodynamic analysis of a new vapor compression/ejection refrigeration cycle [J]. Fluid Machinery, 2000, 28(8): 47-49. | |
17 | 许树学, 马国远, 彭珑. 准二级压缩-喷射热泵的设计与实验研究[J]. 化学工程, 2010, 38(1): 99-102. |
Xu S X, Ma G Y, Peng L. Experimental research and design of quasi two-stage heat pump system coupled with ejector [J]. Chemical Engineering (China), 2010, 38(1): 99-102. | |
18 | 费继友, 曹锋, 邢子文, 等. 吸气喷液对空气源热泵热水器性能的影响[J]. 西安交通大学学报, 2008, 42(7): 818-822. |
Fei J Y, Cao F, Xing Z W, et al. Influence of suction stream liquid refrigeration injection on the performance of an air-source heat pump water heater [J]. Journal of Xi'an Jiaotong University, 2008, 42(7): 818-822. | |
19 | 沈志勇. 微小型蒸汽喷射器的数值模拟和优化研究[D]. 上海: 东华大学, 2007. |
Shen Z Y. Numerical simulation and optimization study of small-sized steam ejector [D]. Shanghai: Donghua University, 2007. | |
20 | Zhang Z Y, Ma Y T, Wang H L, et al. Theoretical evaluation on effect of internal heat exchanger in ejector expansion transcritical CO2 refrigeration cycle [J]. Applied Thermal Engineering, 2013, 50(1): 932-938. |
21 | 马一太, 管海清, 杨俊兰, 等. 带引射器和经济器的CO2跨临界制冷系统[J]. 工程热物理学报, 2005, 26(2): 189-192. |
Ma Y T, Guan H Q, Yang J L, et al. Ejector combined with economizer adopted in CO2 transcritical cycle refrigeration system [J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2005, 26(2): 189-192. | |
22 | 李敏霞, 吕岩, 李双俊. CO2二元混合物压缩/引射制冷循环性能研究[J]. 化学工程, 2017, 45(8): 27-32. |
Li M X, Lyu Y, Li S J. Performance of binary mixture of CO2 in compression/ejection refrigeration cycle [J]. Chemical Engineering (China), 2017, 45(8): 27-32. | |
23 | Ma X L, Zhang W, Omer S A, et al. Experimental investigation of a novel steam ejector refrigerator suitable for solar energy applications [J]. Applied Thermal Engineering, 2010, 30(11/12): 1320-1325. |
24 | Varga S, Oliveira A C, Ma X L, et al. Experimental and numerical analysis of a variable area ratio steam ejector [J]. International Journal of Refrigeration, 2011, 34(7): 1668-1675. |
25 | Vereda C, Ventas R, Lecuona A, et al. Study of an ejector-absorption refrigeration cycle with an adaptable ejector nozzle for different working conditions [J]. Applied Energy, 2012, 97: 305-312. |
26 | 唐逸飞, 赵军. 带经济器的空气源热泵系统研究综述[J]. 轻工机械, 2018, 36(4): 93-99. |
Tang Y F, Zhao J. Study on air source heat pump system with economizer [J]. Light Industry Machinery, 2018, 36(4): 93-99. | |
27 | 俞丽华. 准二级压缩—喷射复合热泵系统的性能模拟与实验研究[D]. 北京: 北京工业大学, 2006. |
Yu L H. Simulation and experiment study on the quasi two-stage compression heat pump system coupled with ejector [D]. Beijing: BeijingUniversity of Technology, 2006. | |
28 | 杨俊兰, 李久东, 唐嘉宝. 不同型式CO2跨临界循环模拟计算与性能研究[J]. 太阳能学报, 2017, 38(9): 2459-2466. |
Yang J L, Li J D, Tang J B. Performance research and simulation calculation for different types of CO2 transcritical cycles [J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2017, 38(9): 2459-2466. | |
29 | 许树学. 带喷射器的经济补气热泵系统循环机理与特性研究[D]. 北京: 北京工业大学, 2010. |
Xu S X. Research on mechanism and performance of economized vapor injection heat pump system coupled with ejector [D]. Beijing: BeijingUniversity of Technology, 2010. | |
30 | 管海清, 马一太, 杨俊兰, 等. 带节能器的CO2跨临界循环制冷系统[J]. 天津大学学报, 2005, 38(6): 481-484. |
Guan H Q, Ma Y T, Yang J L, et al. CO2 transcritical cycle refrigeration system with economizer [J]. Journal of Tianjin University, 2005, 38(6): 481-484. |
[1] | 张义飞, 刘舫辰, 张双星, 杜文静. 超临界二氧化碳用印刷电路板式换热器性能分析[J]. 化工学报, 2023, 74(S1): 183-190. |
[2] | 宋瑞涛, 王派, 王云鹏, 李敏霞, 党超镔, 陈振国, 童欢, 周佳琦. 二氧化碳直接蒸发冰场排管内流动沸腾换热数值模拟分析[J]. 化工学报, 2023, 74(S1): 96-103. |
[3] | 程业品, 胡达清, 徐奕莎, 刘华彦, 卢晗锋, 崔国凯. 离子液体基低共熔溶剂在转化CO2中的应用[J]. 化工学报, 2023, 74(9): 3640-3653. |
[4] | 杨菲菲, 赵世熙, 周维, 倪中海. Sn掺杂的In2O3催化CO2选择性加氢制甲醇[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3366-3374. |
[5] | 洪瑞, 袁宝强, 杜文静. 垂直上升管内超临界二氧化碳传热恶化机理分析[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3309-3319. |
[6] | 张琦钰, 高利军, 苏宇航, 马晓博, 王翊丞, 张亚婷, 胡超. 碳基催化材料在电化学还原二氧化碳中的研究进展[J]. 化工学报, 2023, 74(7): 2753-2772. |
[7] | 毛磊, 刘冠章, 袁航, 张光亚. 可捕集CO2的纳米碳酸酐酶粒子的高效制备及性能研究[J]. 化工学报, 2023, 74(6): 2589-2598. |
[8] | 蔺彩虹, 王丽, 吴瑜, 刘鹏, 杨江峰, 李晋平. 沸石中碱金属阳离子对CO2/N2O吸附分离性能的影响[J]. 化工学报, 2023, 74(5): 2013-2021. |
[9] | 李晨曦, 刘永峰, 张璐, 刘海峰, 宋金瓯, 何旭. O2/CO2氛围下正庚烷的燃烧机理研究[J]. 化工学报, 2023, 74(5): 2157-2169. |
[10] | 王皓, 唐思扬, 钟山, 梁斌. MEA吸收CO2富液解吸过程中固体颗粒表面的强化作用分析[J]. 化工学报, 2023, 74(4): 1539-1548. |
[11] | 朱兵国, 何吉祥, 徐进良, 彭斌. 冷却条件下渐扩/渐缩管内超临界压力二氧化碳的传热特性[J]. 化工学报, 2023, 74(3): 1062-1072. |
[12] | 何仁初, 张朝晖, 杨明磊, 王聪, 奚桢浩. 考虑碳排放因素的汽油调合在线优化[J]. 化工学报, 2023, 74(2): 818-829. |
[13] | 王煦清, 严圣林, 朱礼涛, 张希宝, 罗正鸿. 填料塔中有机胺吸收CO2气液传质的研究进展[J]. 化工学报, 2023, 74(1): 237-256. |
[14] | 李鑫, 曾少娟, 彭奎霖, 袁磊, 张香平. CO2电催化还原制合成气研究进展及趋势[J]. 化工学报, 2023, 74(1): 313-329. |
[15] | 沈辰阳, 孙楷航, 张月萍, 刘昌俊. 二氧化碳加氢合成甲醇氧化铟及其负载金属催化剂研究进展[J]. 化工学报, 2023, 74(1): 145-156. |
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